Das Innere der Erde, Plattentektonik und Kontinentaldrift

Das Innere der Erde

Zusammensetzung der Erde:

Direkte Methoden: Untersuchungen (max. 13 km), Analyse von Meteoriten, Analyse der Lava aus Vulkanen (Materialien der Kruste und des Mantels)

Indirekte Methoden: Untersuchung der Dichte der Erde (im Vergleich mit der theoretischen Dichte des Materials der Kruste), Studium der seismischen Wellen (Verhalten von primären und sekundären Wellen bei Erdbeben)

Warum ist der äußere Kern flüssig und der innere fest?

Eisenkern = 90% Eisen + 10% Nickel. Die Temperatur des Kerns beträgt 5000 °C. Diese beiden Elemente wären geschmolzen, daher ist der äußere Kern flüssig. Im Zentrum der Erde ist der Druck so hoch, dass die Materialien im festen Zustand sind, obwohl die Temperaturen hoch sind (alle Teilchen sind verdichtet).

Die seismische Methode

Verhalten der S- und P-Wellen:

P-Wellen: Leichte Erkennung, Übertragung durch alle Medien und schneller.

S-Wellen: Nur durch feste Stoffe.

Allgemein: + Geschwindigkeit + Krümmung bei härterem und dichterem Material.

Oberflächenwellen: (sind die zerstörerischsten)

Welche Informationen liefert die Darstellung der Ausbreitung seismischer Wellen?

Mohorovičić-Diskontinuität: Erste plötzliche Veränderung in der Geschwindigkeit der P- und S-Wellen; markiert die Trennung von Kruste und Mantel. 6-12 km unter dem Meeresboden und 25-70 km unter dem Festland.

Bei ca. 670 km Reduktion der Wellengeschwindigkeit. Flüssigkeitsreichere Region zwischen dem oberen und unteren Erdmantel.

Mit zunehmender Tiefe erhöht sich die Wellengeschwindigkeit, da die Materialien des Mantels dichter werden.

Wiechert-Gutenberg-Diskontinuität: Keine S-Wellen und P-Wellen breiten sich stark reduziert in ihrer Geschwindigkeit aus. Markiert die Trennung zwischen Mantel und flüssigem, äußeren Kern bei ca. 2900 km.

Bei 5120 km erhöht sich die P-Wellengeschwindigkeit. Die geringere Geschwindigkeit im äußeren Kern im Vergleich zum oberen, inneren Kern wird als Lehmann-Diskontinuität bezeichnet.

Der Mittelpunkt der Erde liegt bei 6378 km.

Die Quelle der inneren Energie der Erde

• Einschläge von Planetesimalen zur Zeit der Entstehung der Erde. Die Energie wurde als Wärme gespeichert.
• Zerfall radioaktiver Elemente in den Materialien der Erdkruste. Uran und Thorium setzen Energie in Form von Wärme frei.

Kühlt die Erde ab? Wenn ja, welche Konsequenzen ergeben sich daraus?

Die restliche Wärme aus der Entstehung der Erde wird langsam in den Weltraum abgestrahlt. Die radioaktiven Zerfälle setzen sich fort, aber die erzeugte Energie wirkt dem Wärmeverlust der Erde durch Strahlung entgegen. Die Folge ist, dass der äußere Kern sich verfestigen könnte und somit die konvektiven Bewegungen, die das Erdmagnetfeld verursachen, verschwinden würden.

Wegener: Die Theorie der Kontinentalverschiebung

Alfred Wegener war ein deutscher Wissenschaftler, der die Theorie der Kontinentalverschiebung vorstellte.

Er lieferte die folgenden Beweise:

• Geographische Übereinstimmung: Kontinente waren in der Vergangenheit vereint, was sich in der Übereinstimmung der Küstenlinien zeigt.
• Paläontologische Beweise: Identische Fossilien wurden an Orten gefunden, die Tausende von Kilometern voneinander entfernt sind. Diese Organismen konnten die Ozeane, die die Kontinente heute trennen, nicht überqueren.
• Geologische und tektonische Beweise: Gesteinsarten, ihre Chronologie und große Gebirgszüge zeigen eine physische Kontinuität.
• Paläoklimatische Beweise: Es gab Bereiche auf der Erde mit Klimazonen, die nicht mit den heutigen übereinstimmen.

Hintergrund der Theorie der globalen Tektonik

• Wegeners Theorie
• Geographische Koinzidenz von Vulkanen und Erdbeben
• Studium des Meeresbodenreliefs (Rücken, Vulkane...)
• Meeresboden besteht aus vulkanischem Material
• Gesteine werden jünger, je näher sie an der Kante liegen
• Symmetrische Anordnung des Alters der Gesteine
• Symmetrische magnetische Anomalien zu den Seiten des Rückens
• Theorie der Mantelkonvektion

Theorie der globalen Tektonik

Die Lithosphäre ist in Platten fragmentiert, die sich spalten oder zusammenfügen können und sich in ständiger Relativbewegung befinden.

Die globale tektonische Theorie besagt, dass die Kontinente in Bewegung sind, aber die tektonischen Platten, die sie enthalten.

Die Bewegung der Platten wird durch die Mantelkonvektion erzeugt: Wärme erwärmt das Erdinnere und erzeugt Mantelkonvektionsbewegungen, wobei heißes Material aufsteigt und abkühlt. Dieser thermische Prozess agitiert die Lithosphäre und führt zu gebrochenen Platten (lithosphärische Platten).

Die Platten werden an mittelozeanischen Rücken erzeugt, wo es zur Expansion der Ozeane kommt, wenn sich die beiden Platten trennen.

Wenn zwei Platten kollidieren, können zwei Dinge geschehen:

• Wenn eine kontinentale Platte und eine ozeanische Platte kollidieren, kommt es zur Subduktion (die ozeanische Platte sinkt unter die kontinentale Platte).
• Wenn zwei kontinentale Platten kollidieren, kommt es zur Obduktion (die Kontinente kollidieren und erheben sich, wie z.B. das Himalaya-Gebirge).

Die tektonischen Platten in der Zeit: Der Wilson-Zyklus

Meilensteine:

1. Rift: Bei aufsteigenden Strömungen des Mantels wird die Lithosphäre verdünnt und bricht. Es bilden sich tektonische Vertiefungen oder Gräben, die von Flüssen und Seen besetzt sind.
2. Rotes Meer: Wenn die Aktivität weitergeht, beginnt sich ein Graben zu bilden, und die alte Meeresbodensenke fällt ins Meer. Die Aktivität des Rückens unterhalb des Roten Meeres trennt die Arabische Platte von Afrika. In ähnlicher Weise trennte ein anderer primitiver Rücken Madagaskar von Afrika.
3. Reifung des Rückens: Dies ist der Fall des Atlantischen Ozeans. Es kann eine Zeit kommen, in der der Rücken inaktiv wird.
4. Fragmentierung der Lithosphäre im Bereich des nächsten Kontinents: Wenn der Ozean sehr groß ist, passt er sich der Krümmung der Erde an und fragmentiert. Die Kanten der Kontinente, die eine Zone mit veränderter Materialzusammensetzung darstellen, sind am anfälligsten für Brüche.
5. Subduktionsfronten und Kollision im Bereich des Bruchs: Die ozeanische Kruste wird unter die kontinentale Platte subduziert und verschwindet. So endet das Meer. Es wird eine Zeit kommen, in der es zu zwei Massen kontinentaler Kollisionen kommt, die zur Vereinigung der beiden vorherigen Platten führen.